【发动机原理】第四章 发动机工况及特性
《发动机的特性》课件
从根本上解决发动机的排放问题。
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燃油消耗率
表示发动机每千瓦时消耗的燃油量， 单位为克每千瓦时（g/kW·h）。燃油 消耗率越低，发动机的经济性越好， 车辆的油耗越低。
排放性能
机油消耗率
表示发动机每千瓦时消耗的机油量， 单位为毫升每千瓦时（ml/kW·h）。 机油消耗率越低，发动机的润滑效果 越好，磨损越小。
表示发动机排放废气的质量，单位为 克每千瓦时（g/kW·h）。排放性能越 低，发动机对环境的影响越小。
通过精确控制燃油喷射和点火时刻，降低燃油消耗和减少有害物质 生成。
发动机燃烧优化技术
通过优化发动机的燃烧过程，提高燃油利用率，减少有害物质生成 。
排放法规与标准
欧共体法规
对汽车尾气排放设定了严 格的限制，要求汽车制造 商必须遵守。
美国环保局标准
对在美国销售的汽车尾气 排放设定了限制，要求汽 车制造商必须遵守。
02 发动机的工作原理
四冲程内燃机工作原理
吸气冲程
进气门打开，活塞向下 移动，吸入空气和燃料
混合物。
压缩冲程
进气门和排气门关闭， 活塞向上移动，压缩空
气和燃料混合物。做Fra bibliotek冲程火花塞点燃压缩混合物 ，产生高温高压气体，
推动活塞向下移动。
排气冲程
排气门打开，活塞向上 移动，排除燃烧后的废
气。
外燃机工作原理
燃油经济性
在一定转速和功率下，发动机每单位功率的 燃油消耗量。
燃油消耗率曲线形状
反映了发动机在不同转速和功率下的燃油经 济性表现。
最低燃油消耗率转速
对应于燃油消耗率曲线的最低点，是发动机 最省油的转速。
扭矩曲线
《汽车发动机构造与维修》复习指导书
《汽车发动机构造与维修》复习指导书注：各部分检修内容不作考试重点。
一、各章重点第1章发动机基本工作原理与总体构造重点：1.发动机排量、压缩比2.四冲程发动机工作原理3.柴油机与汽油机的区别、四冲程与二冲程的区别第2章发动机循环与性能重点：1.发动机性能指标（动力性指标、经济性指标）2.发动机性能特性(1)发动机工况(2)速度特性(3)负荷特性3.高速柴油机的理论循环和汽油机的理论循环第3章机体组与曲柄连杆机构重点：1.机体组、活塞组、连杆组、曲轴飞轮组的组成，主要零部件的作用、结构、原理、装配关系2.曲柄连杆机构的拆装、调整，连杆组的检修3.活塞环安装、活塞组拉缸及其控制4.如何检验和校正连杆的弯曲，扭转变形第4章配气机构与换气过程重点：1.配气机构的组成、主要零部件的构造、工作原理、传动关系和调整方法2.配气相位、充气效率的概念3.配气机构的调整（气门间隙、配气相位、气门密封性检验等）第5章化油器式发动机燃油系统与燃烧重点：1.过量空气系数和空燃比2.汽油机各工况对混合气成分的要求3.汽油机的燃烧过程（正常燃烧、不正常燃烧），使用因素对燃烧过程的影响（汽油品质、混合气浓度、点火提前角、转速、负荷等）第6章电控汽油喷射系统重点：1.汽油喷射系统的构成和工作原理，汽油喷射控制方式，燃油压力调节器，喷油器等2.汽油喷射所需传感器的原理与结构，如发动机曲轴位置和转速传感器、节气门位置传感器、空气流量计、爆震传感器、氧传感器等。
第7章柴油机燃油系统与燃烧重点：1.柴油机燃烧过程，使用因素对燃烧过程的影响2.喷油器、喷油泵的功用、基本结构、工作原理与检修，分配式喷油泵的优点3.柴油机的燃烧室，与采用的喷油器第8章进排气系统及排气净化装置重点：1.废气涡轮增压的基本结构与原理2.可变进气歧管技术3.排气净化装置的构造与原理（EGR、二次空气喷射、三元催化转化器）第9章冷却、润滑系统重点：1.冷却系的功用、冷却水循环路线2.冷却系主要元件的结构、工作原理（如节温器、冷却风扇）3.润滑系的功用、油路，润滑方式4.润滑系主要元件的结构、工作原理（机油泵、机油滤清器）第10章发动机的装配、磨合及验收重点：1.发动机装配工艺与技术要求二、复习题及参考答案一、名词解释1、湿式缸套外表面直接与冷却液接触的气缸套。
发动机 工作原理
发动机工作原理
发动机是一种将化学能转化为机械能的装置，主要用于推动汽车、飞机、船舶等运输工具。
发动机的工作原理是通过燃烧燃料产生高温高压气体，以驱动活塞作往复运动，再将活塞运动转化为旋转运动，从而推动车辆或机器。
发动机的工作过程分为四个基本循环：进气、压缩、燃烧和排气。
首先，在进气阶段，发动机的活塞下行，气门打开，使燃料和空气混合物进入燃烧室。
接着，在压缩阶段，活塞向上运动，气门关闭，将混合物压缩成高压状态。
然后，在燃烧阶段，引火系统引燃混合物，形成火焰，火焰的热能使气体放出高温高压气体。
最后，在排气阶段，活塞再次向下运动，将高温高压气体排放到排气系统中。
发动机的工作原理是基于能量守恒和热力学原理的。
燃料在燃烧室中燃烧时释放出的热能转化为气体的内能，使气体的压力和温度增加。
活塞运动将这部分能量转化为机械能，并通过连杆和曲轴传输到输出轴，推动车辆或机器的运动。
发动机的效率取决于燃烧过程的充分程度、压力比、温度比及排气阻力等因素。
提高发动机效率的方法包括提高压缩比、改善点火系统、减少燃料损耗和排气阻力等。
总之，发动机通过燃烧燃料产生高温高压气体，以驱动活塞作往复运动，并将活塞运动转化为旋转运动，从而将化学能转化为机械能，推动车辆或机器的运动。
发动机的工作原理是基于能量守恒和热力学原理的。
发动机的工况
Me曲线
根据Me =k2ηiηmηv/φat分析。 Ⅰ. φat可视为常数： Ⅱ. ηi ： Ⅲ.ηm ： Ⅳ. ηv ： 结论： 在低转速时，Me随n提高而增加； 某一转速Me达到最大值；在高转 速时，Me随n的提高而迅速下降。
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根据Pe = Me n /9550分析： 结论：
旋桨所吸收的功率（Pe=kn3）相
等，也属于线工况（如曲线2）。
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面工况
特点：功率和转速变化范围很大， 如车用发动机。这种工况用曲线 3下面的阴影面积表示。
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第二节 发动机的速度特性
一、汽油机的速度特性： 二、柴油机的速度特性： 三、发动机的工作范围: 四、扭矩储备系数: 五、发动机的标定工况:
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第一节 发动机的工况
发动机工况是指发动机实际运行的工作状况。
根据Pe Men，当任意两个参数固定，就可以求出第三
个参数。比较常用Pe与n或Me与n两组参数表征发动机稳 定运行的工况点。发动机的负荷是指发动机所遇到的阻 力矩大小，有时也用pe表示负荷的高低。
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发动机工况的分类
根据发动机的用途，其工况可分三类： 固定式工况： 螺旋浆工况： 面工况：
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Pe曲线
由 于 Me 曲 线 变 化 平 坦 ， 在 一 定 转 速 范 围 内 ， 功 率 Pe 几 乎与转速n成正比增加。 柴油机的最高转速由调速器 控制。当转速超过某一值时， 热效率急剧下降；有效功率 下降，并冒黑烟。车用柴油 机的标定功率受冒烟界限的 限制。
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ge曲线
与汽油机类似，也是一 凹形曲线，曲线比较平 坦，最低油耗率比汽油 机低20%~30% 。
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发动机 工作原理
发动机工作原理
发动机的工作原理是将其他形式的能转化为机械能，通过往复活塞或旋转活塞将空气与燃料混合物压缩，产生高温高压，使燃料在点火时燃烧，产生爆炸力，推动活塞或转子移动，从而输出机械功。
具体来说，发动机的工作过程包括进气、压缩、做功和排气四个冲程。
在进气冲程中，空气或燃料混合物被吸入气缸，活塞从上止点移动到下止点，气缸内压力降低，产生真空度，气缸内压力降到进气压力以下，通过化油器或汽油喷射装置雾化的汽油与空气混合形成可燃混合气，由进气道和进气门吸入气缸内。
在压缩冲程中，活塞从下止点向上止点移动，气缸内压力逐渐升高，将可燃混合气压缩，使其温度和压力升高。
在做功冲程中，可燃混合气被点燃，产生高温高压气体推动活塞向下移动，通过连杆、曲轴、飞轮等机构对外输出机械能。
在排气冲程中，活塞向上移动，将燃烧后的废气从气缸内排出。
根据不同的分类标准，发动机可以分为多种类型。
按燃
料不同可以分为汽油机和柴油机；按工作循环不同可以分为四冲程发动机和二冲程发动机；按冷却方式不同可以分为水冷式发动机和风冷式发动机；按气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机；按进气方式不同可以分为自然吸气发动机和强制进气发动机等。
总之，发动机是一种能够把其他形式的能转化为机械能的机器，是现代工业社会中不可或缺的动力设备之一。
发动机特性
发动机特性
一、概念：发动机的性能指标随着调整情况和使用工况而 变化的关系。特性用曲线表示称为特性曲线。 通过特性曲线可以分析在不同使用工况下，发动机特性 变化的规律及影响因素，评价发动机的性能，从而提出 改善发动机性能的途径。 1、发动机的性能指标： 1）动力性指标 有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩， 用Te表示。 有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。用Pe表示。 Pe=Te*2πn/60 转速：n 2）经济性指标：燃油消耗率ge（发动机每发出1kw的功率， 在1h内所消耗的燃油质量）
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四、汽油机点火提前角的调整特性
• 节气门保持在全开位置，转速保持不变， 燃料供给系调整适当时，发动机的有效 功率和有效燃油消耗率随点火提前角变 化的关系，称为点火提前角调整特性。
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• 1、发动机外特性
• 当节气门保持开度最大时，所测得的速度特性，，称为发动 机的外特性。外特性代表了发动机所能达到的最高动力性和 经济性。一般发动机铭牌上标注的Pe，Me及相应的n都是以 外特性为依据。 有效转矩主要取决于指示热效率 ηi,，充气效率ηv，机械效率ηm， 随着n增大，热效率在某一中间 转速时最大，充气效率也在在某 一中间转速时最大，机械效率随 着n增大而明显下降。 所以，M曲线随着n增大，到达 一个中等转速时达到最大，然后 再减小。
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(2)线工况 当发动机发出的功率与曲轴转速之间有一定的函 数关系时，属于线工况发动机。 例如当发动机作为船用主机驱动螺旋桨时，发动机所发出的 功率必须与螺旋桨消耗的功率相等。电用的发动机，其负 荷变化没有一定的规律，然而发动机的转速必须保持稳定 ，以保证输出电压和频率的恒定，反映在工况图上就是一 条垂直线 • (3)面工况 当发动机作为汽车及其他陆地运输和作业机 械的动力时，它的转速取决于车辆的行驶速度，而它的功 率则取决于车辆的行驶阻力，而行驶阻力不仅与车辆的行 驶速度有关，更主要地取决于道路的情况或土壤的条件等， 功率都独立地在很大的范围内变化。这时，发动机的可能 工作范围就是它的实际工作范围。这种发动机称为面工况 发动机
发动机的特性
发动机的特性1.发动机的工况分类（1）第一类工况，其特点是发动机的功率变化时，转速几乎保持不变，该工况又被称为固定式发动机工况。
（2）第二类工况，其特点是发动机的功率与转速接近于幂函数关系，该工况又被称为发动机的螺旋桨工况。
（3）第三类工况，其特点是功率与转速都在很大范围内变化，该工况又被称为发动机的面工况。
2.发动机的功率标定发动机的功率标定，是指制造企业根据发动机的用途、寿命、可靠性、维修与使用条件等要求，人为地规定该产品在标准大气条件下输出的有效功率以及对应的转速，即标定功率与标定转速。
我国发动机功率分为四级（1）15分钟功率发动机允许连续转15分钟的最大有效功率。
（2）一小时功率（3）12小时功率（4）持续功率3柴油机的负荷特性∆，燃油消当柴油机保持某一转速不变，移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量b耗量B、有效燃油消耗率b e，等随负荷p e而变化的关系称为柴油机负荷特性。
4.汽油机的负荷特性当汽油机的转速不变，而逐渐改变节气门开度，同时调节测功器负荷，以保持转速不变；此时，燃油消耗量B、有效燃油消耗率b e随负荷P e变化而变化的关系称为汽油机的负荷特性。
5.柴油机和汽油机的负荷特性的差异1）汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷段过渡时，燃油消耗率下降缓慢，维持在较高水平，燃油经济性明显较差。
2）汽油机排气温度普遍较高，且与负荷关系较小。
3）汽油机的燃油消耗量曲线弯曲度较大，而柴油机的燃油消耗量曲线在中、小负荷段的线性较好。
6.柴油机和汽油机负荷特性差异分析1)由于柴油机的压缩比比汽油机高出的较多，其过量空气系数也比汽油机大，所以柴油机的指示热效率要比汽油机高。
这样汽油机的燃油消耗率数值高于柴油机2）从指示热效率曲线的变化趋势上来看，在转速不变的前提下，指示热效率也就随负荷的增大而降低；汽油机采用定质变量的负荷调节方法，在接近满负荷时采取加浓混合气导致指示热效率明显下降，而在低负荷时，由于节气门开度小，残余废气系数较大，燃烧速率降低，需采用浓混合气，当负荷减小时泵气损失增大，导致指示热效率下降。
汽车发动机的特性
μ或K值大，表明两扭矩之差 （Ttqmax - Ttq）值大，即随转速的降低， 扭矩Ttq增大越快，从而在不换档的情况 下，爬坡能力、克服短期超负荷的能力越 强。
汽油机：μ值在10%~30%范围，K值 在1.2~1.4。
柴油机：若不予以校正，则μ值只有
5%~10%范围，K值只有1.05左右，难以满 足车辆使用要求。
（2）测取：发动机台架试验。测取 前，应将点火提前角及化油器调整完好； 测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑
油温度在最佳状态。
节气门全开时速度特 性称为外特性。节气门部分 打开时的速度特性称为部分 负荷速度特性。由于节气门 的开启可以无限变化，所以 部分负荷速度特性曲线有无 数条，而外特性曲线只能有 一条。
每循环放热量Q（kJ）为
Q vvs vh Lo
式中 ηv——充量系数； ρo——大气状态下空气密度（kg/m3）；
Vs——气缸工作容积（m3）； α ——过量空气系数； hu——燃料低热值（kJ/kg）； Lo——理论空气量（kg/kg）。
根据平均有效压力pme（kPa）的定义
pme
We vs
耗油率曲线的变化趋势 基本同外特性。当负荷为75% 左右时，曲线位置最低。
三、发动机扭矩特性 要求发动机的扭矩随转速的降低而增 加。 如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已
达最大位置，但所发出的扭矩仍感不足， 车速就要降低，此时需要发动机随车速降 低而发出更大扭矩，以克服爬坡阻力。因 此，为表明发动机的性能，引入扭距储备 系数和转速储备系数的概念。
固定不动，柴油机性能指标（主要是功率 Pe、扭距Ttq、燃油消耗率b、每小时耗油 量B）随转速n变化的关系。
外特性：油量调节机构固定在标定循
环供油量位置时速度特性称为柴油机标定 功率速度特性。
汽车发动机的运动学与动力学特性
汽车发动机的运动学与动力学特性汽车发动机，作为汽车的“心脏”，其运动学与动力学特性是决定汽车性能的关键因素。
对于很多车主和汽车爱好者来说，了解发动机的这些特性，不仅能增加对汽车的认识，还能在日常使用和维护中更好地发挥汽车的性能。
首先，我们来谈谈汽车发动机的运动学特性。
简单来说，运动学主要研究物体的运动规律，而在发动机中，就是研究各个部件的运动轨迹、速度和加速度等。
发动机中的活塞是一个关键的运动部件。
在工作过程中，活塞在气缸内做往复直线运动。
这个运动是由曲轴的旋转运动通过连杆转化而来的。
当曲轴旋转一周，活塞完成一个往复运动，即从上止点运动到下止点，再回到上止点。
气门的运动也是发动机运动学中的重要部分。
进气门和排气门需要按照精确的时间和行程开启和关闭，以实现进气和排气过程。
气门的运动由凸轮轴控制，凸轮轴的形状和转速决定了气门的开启时间、持续时间和升程。
而在多缸发动机中，各个气缸的活塞和气门的运动需要协调配合，以保证发动机的平稳运行。
例如，四缸发动机的点火顺序通常为 1-3-4-2 或 1-2-4-3，这样可以使发动机的动力输出更加平稳，减少振动。
接下来，我们再深入了解一下发动机的动力学特性。
动力学主要研究物体的受力与运动之间的关系。
在发动机中，就是研究各个部件所受到的力以及这些力如何影响部件的运动和发动机的性能。
燃烧过程产生的气体压力是推动活塞运动的主要动力。
当混合气在气缸内燃烧时，气体迅速膨胀，产生巨大的压力，推动活塞向下运动。
这个压力的大小和变化规律直接影响到活塞的运动速度和加速度，进而影响发动机的输出功率和扭矩。
活塞在运动过程中还会受到摩擦力的作用。
气缸壁与活塞之间的摩擦、连杆与曲轴之间的摩擦等都会消耗一部分能量，降低发动机的效率。
因此，减少摩擦损失是提高发动机性能的一个重要途径，例如采用优质的润滑油、优化部件的表面粗糙度等。
曲轴在旋转过程中也会受到各种力的作用。
除了来自连杆的推力和拉力外，还有自身的惯性力和离心力。
发动机原理第四章 发动机工况及特性
发动机低温起动之后，因为可燃混合气在温度较 低的情况下雾化的程度差，燃料附着在进气管上从而 使燃料混合气浓度降低，致使发动机运行不良或者发 动机灭火，因此起动之后一小段间隔里，要加大燃料
供给量，从而提高实际参与燃烧的燃料混合气浓度升
高，使发动机运行稳定不会因此而灭火。
起动时发动机的温度决定 了增加燃油量比例的高低，而 且起动后随着时间的推移，增
因此，为了能让发动机起动顺利，传统化油器式的 燃料供给系统要求供给特浓的混合气，其φａ值为0.3 ～0.
６，实际以气态参与反应的混合气浓度φａ值在0.８～1.2，
其他燃料来不及参与燃烧，直接随同废气排入大气，这是 汽油机起动碳氢排放高的主要原因。 电控喷射汽油机虽然由于喷射，雾化好于化油器发动 机，但仍然不能完全蒸发。因此，起动过程仍然需要加浓 喷射，过量空气系数 φａ值一般在0.5～0.８。
汽油机起动时，由于转速非常低，空气流动速度慢， 从而导致燃料的雾化程度差，使得进入汽缸的混合气中的 大部分燃料以液态形式存在， 以气态形式存在的燃料少，
实际参与燃烧的混合气变稀， 特别在低温起动时。汽油
蒸发速度下降，在混合气形成的时间内，实际蒸发量减少， 当蒸发形成的实际混合气的浓度降至着火下极限φａ>1.44 时，汽油机将因为混合气太稀不能着火做功。
第一类工况:转速不变，而功率改变。例如， 发电用发动机正常起动后，为使其工作稳定，要 求发动机转速基本恒定， 功率随电机负荷大小， 从零直接变到最大，没有固定的规律性，但要使
发动机转速不变，才能确保输送的频率稳定，那
么在工况图上会出现一条垂直线(图４-１ 中的 曲线１)，称为线工况。
第二类工况:功率与转速的关系类似于三次幂函数， Ｐｅ=Ｋｎ３，Ｋ为比例常数，船用机就是这类发动机， 因为它是带动螺旋桨工作，故称螺旋桨工况或推进工况，
典型发动机原理 简答题及参考答案
典型发动机原理简答题及参考答案第一章发动机的性能1、简述工质改变对发动机实际循环的影响。
答：①工质比热容变化的影响：比热容Cp、Cv加大，k值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。
②高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt有所下降。
③工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l时，会下降。
④可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa1时，ηt值将随φa上升而有增大。
2、S/D〔行程/缸径〕这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？答：活塞平均运动速度?m?sn30，假设S／D小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度?m不变的情况下，发动机转速n增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置； S／D值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。
反之假设S／D值较大，当保持?m不变时，发动机转速n将降低。
S／D较大，发动机高度将增加，相对散热面积减少，散热损失减少等。
3、内燃机的机械损失包括哪几局部？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？答：机械损失由活塞与活塞环的摩擦损失、轴承与气门机构的摩擦损失、驱动附属机构的功率消耗、流体节流和摩擦损失、驱动扫气泵及增压器的损失等组成。
测定方法有：①示功图法、②倒拖法、③灭缸法、④油耗线法等。
4、简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。
答：测量单缸柴油机机械损失的方法有：示功图法，油耗线法，倒拖法等。
用示功图法测量机械损失一般在发动机转速不是很高，或是上止点位置得到精确校正时才能取得较满意的结果。
在条件较好的实验室里，这种方法可以提供最可信的测定结果。
油耗线法仅适用干柴油机。
此法简单方便，甚至还可以用于实际使用中的柴油机上。
发动机特性
Ttq:曲线呈上凸形状 曲线呈上凸形状
Pe: n↑ → Pe↑ Pe max ↑
be: 在某一中间转速时 出现最低值
部分负荷速度特性曲线 节气门开度愈小， 节气门开度愈小， 转矩随转速增加下 降愈快， 降愈快，最大转矩 点和最大功率点均 向低转速方向移动。 向低转速方向移动。
• 作 用：
由于负荷特性可以直观地显示发动机在不 同负荷下运转的经济性以及排温等参数， 同负荷下运转的经济性以及排温等参数，且 比较容易测定，因而在发动机的调试过程中， 比较容易测定，因而在发动机的调试过程中， 经常用来作为性能比较的依据。由于每一条 经常用来作为性能比较的依据。 负荷特性仅对应发动机的一种转速， 负荷特性仅对应发动机的一种转速，为了满 足实际应用的要求， 足实际应用的要求，需要测出不同转速下的 多个负荷特性曲线。根据这些特性曲线， 多个负荷特性曲线。根据这些特性曲线，可 以得到发动机的万有特性。 以得到发动机的万有特性。 万有特性
车用 — 常用15分钟 1小时或 小时功率中 常用 分钟, 小时或12小时功率中 分钟 小时或 的两种作为铭牌功率。作特性实验时, 的两种作为铭牌功率。作特性实验时 应把两 种标定功率的外特性全做出来。 种标定功率的外特性全做出来。 国家规定： 国家规定： 一般柴油机只作外特性即可。 一般柴油机只作外特性即可。 车用柴油机除外特性外, 车用柴油机除外特性外 还应作标定功率的 90%, 75%, 50%, 25%的部分速度特性实验。 的部分速度特性实验。 的部分速度特性实验
发动机的特性
汽车行驶时， 汽车行驶时，由于行驶速度与道路 阻力不断变化， 阻力不断变化，发动机的转速和负荷亦 相应变化，以适应汽车的需要。 相应变化，以适应汽车的需要。随着转 速和负荷的改变， 速和负荷的改变，发动机工作过程也会 发生变化。因此， 发生变化。因此，发动机在不同使用条 件下具有不同的动力性与经济性。 件下具有不同的动力性与经济性。
发动机基础知识介绍和发动机工况图解读(图)
发动机基础知识介绍和发动机工况图解读发动机的几个常用概念：缸数：汽车发动机常用缸数有3、4、5、6、8、10、12缸。
排量1升以下的发动机常用三缸，1～2.5升一般为四缸发动机，3升左右的发动机一般为6缸，4升左右为8缸，5.5升以上用12缸发动机。
一般来说，在同等缸径下，缸数越多，排量越大，功率越高；在同等排量下，缸数越多，缸径越小，转速可以提高，从而获得较大的提升功率。
气缸的排列形式：一般5缸以下的发动机的气缸多采用直列方式排列，少数6缸发动机也有直列方式的，过去也有过直列8缸发动机。
直列发动机的气缸体成一字排开，缸体、缸盖和曲轴结构简单，制造成本低，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛，缺点是功率较低。
一般1升以下的汽油机多采用3缸直列，1～2.5升汽油机多采用直列4缸，有的四轮驱动汽车采用直列6缸； 6～12缸发动机一般采用V形排列，其中V10发动机主要装在赛车上。
V形发动机长度和高度尺寸小，布置起来非常方便，而且一般认为V形发动机是比较高级的发动机，也成为轿车级别的标志之一。
V8发动机结构非常复杂，制造成本很高，所以使用的较少，V12发动机过大过重，只有极个别的高级轿车采用。
大众公司近来开发出W型发动机，有W8和W12两种，即气缸分四列错开角度布置，形体紧凑。
气门数：国产发动机大多采用每缸2气门，即一个进气门，一个排气门；国外轿车发动机普遍采用每缸4气门结构，即2个进气门，2个排气门，提高了进、排气的效率，同时气门的重量也减小，有利于提高发动机转速和功率；307-直列四缸16气门发动机就是上面两个意思。
排量（排气量）：发动机排量是最重要的结构参数之一，它比缸径和缸数更能代表发动机的大小，发动机的许多指标都同排气量密切相关。
最高输出功率：最高输出功率一般用马力(P S)或千瓦(K W)来表示。
发动机的输出功率同转速关系很大，随着转速的增加，发动机的功率也相应提高，但是到了一定的转速以后，功率反而呈下降趋势。
【发动机原理】第四章发动机工况及特性
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发动机原理
发动机工况及特性
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
二、发动机不稳定工况 １.发动机起动工况 在起动机的辅助下，将发动机由静止状态转动到靠燃 料燃烧做功的惯性力维持运转的过程称为发动机的起动工 况，简称起动。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
第一类工况:转速不变，而功率改变。例如， 发电用发动机正常起动后，为使其工作稳定，要 求发动机转速基本恒定， 功率随电机负荷大小， 从零直接变到最大，没有固定的规律性，但要使 发动机转速不变，才能确保输送的频率稳定，那 么在工况图上会出现一条垂直线(图４-１ 中的 曲线１)，称为线工况。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
上边界线Ａ是不同转速下的发动机所能发出的的功率 最大值(曲线３)，左边界线Ｃ为发动机最低稳定工作的转 速限制线，右边界线Ｂ为发动机最高转速限制线，下边界 线Ｄ是汽车熄火，外力倒拖发动机的工况线，称为倒拖功 率。发动机在这样一个面区域内工作，这就是车用发动机 在路面行驶过程中会遇到的工况。
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第一节 发动机运行工况
2021年3月30日
发动机原理
发动机工况及特性
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
一、发动机典型工况 在汽车运行过程中，具有代表性的工况，
称为典型工况，发动机始终工作在一个恒定工 况下的情况是极少的，在实际使用情况中发动 机的运行工况变化是不稳定的，根据发动机的 使用情况，大致可分为以下三类典型工况。
发动机运行特性
• 标定工况位置所决定的为全负荷速度特性曲线， 又 、机械效率、充气效率、过量空 气系数 随速度的变化
汽 油 机 速 度 特 性
曲线变化趋势分析
• 扭矩线
主要受 的影响，在某一较低转速处有最 大值，然后随转速上升而较快下降，转速 愈高，降得愈快。部分特性线则随节气门 关小更急剧降低。指示效率对曲线的影响 不大，仅使高、低转速处的值略降低。
发动机的特性
发动机运行特性
• 发动机特性 在一定条件下，发动机性能 指标与特性参数随各种可变因素的变化 规律。 • 运行特性： 即主要的性能指标（功率、 扭矩、比油耗、排放等）随工况参数 — —转速和负荷的变化规律
研究发动机运行特性 的意义
1、与汽车进行全工况的合理匹配
由发动机运行特性转化而得的汽车的运行特性，如驱动 力特性、燃油经济性、运转稳定性、安全性等
两种基本调速模式
• (1)两极调速模式 调速器只在标 定转速以及某一 低速起调速作用， 而广大中间转速 不起作用
调速器的结构原理与性能指标
1）转速给定元件——加速踏板 2）转速感受元件——飞锤 3）执行机构——传动部分
全程调速器的 结构原理
• 两极调速器 的结构原理
调速器的性能指标
• 调速率可通过柴油机突变负荷试验测定。 • 试验时，先让柴油机在标定工况下运转，然后突 卸全部负荷，测定突变负荷前后的转速。
外特性曲线的动力适应性与特性校正
汽、柴油机外特性曲线的动力适应性分析
1）同一排挡的加速和克服阻力的能力，相同标 定点前提下，汽油机的动力性能明显优于柴 油机 2）汽油机不会“飞车”： 因为最高挡可达到的最高转速是柴油机比 汽油机更远离标定转速点，这是因为汽油机 Ttq线下降急剧，而柴油机比较平缓。
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射汽油机采用增加喷射脉宽的方法，从程序上较容易实现
控制。
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第一节 发动机运行工况
第一节结束
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第二节 一、发动机运行特性 发动机的速度特性:发动机在油量调整装置保持不变, 发动机特性
出转矩的工况称为小负荷工况，简称小负荷。
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汽油机在此工况时，节气门开度有所增加，转速有 所提高，空气流动速度加快，使燃油的雾化、蒸发有所改
善，但由于节气门开度不是很大，节流损失存在，使得进
气阻力较大。汽缸内残余废气比例较多，导致燃烧迟缓， 因而仍需供给较浓的混合气，另一方面，当汽油机负荷小 于１0％节气门开度，较高转速时，更需要比较浓的可燃 混合气，小负荷时，混合气浓度的值 φ ａ为 0. ７ ～0. ９。
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第一节 发动机运行工况
５.发动机怠速工况
发动机节气门接近全关，无动力输出，燃料燃烧 尽仍可以驱动自身附件，维持自身运转的工况称为怠速 工况，简称怠速。 发动机怠速时运转的转速也较低，四缸汽油机机 为 750～1000r/min，刚起动后机体温度较低时，由于雾 化不良、蒸发较差，加上节气门基本关闭，燃烧室内的
线Ｄ是汽车熄火，外力倒拖发动机的工况线，称为倒拖功
率。发动机在这样一个面区域内工作，这就是车用发动机 在路面行驶过程中会遇到的工况。
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二、发动机不稳定工况 １.发动机起动工况 在起动机的辅助下，将发动机由静止状态转动到靠燃 料燃烧做功的惯性力维持运转的过程称为发动机的起动工 况，简称起动。
车速到最高车速连续变化，当汽车需要制动时。例如汽车
下斜坡，发动机因为传动系统倒拖做了负功。
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上边界线Ａ是不同转速下的发动机所能发出的的功率 最大值(曲线３)，左边界线Ｃ为发动机最低稳定工作的转 速限制线，右边界线Ｂ为发动机最高转速限制线，下边界
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当发动机的温度高于６0℃之后不在增加喷油 脉宽，增油量比例慢慢减小到１，如图４-３所示， 化油器发动机不能实现这一功能。因此，暖车过程 怠速转速逐渐升高，怠速不稳。
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第一节 发动机运行工况
汽油机起动时，由于转速非常低，空气流动速度慢， 从而导致燃料的雾化程度差，使得进入汽缸的混合气中的 大部分燃料以液态形式存在， 以气态形式存在的燃料少，
实际参与燃烧的混合气变稀， 特别在低温起动时。汽油
蒸发速度下降，在混合气形成的时间内，实际蒸发量减少， 当蒸发形成的实际混合气的浓度降至着火下极限φａ>1.44 时，汽油机将因为混合气太稀不能着火做功。
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第一节 发动机运行工况
因此，为了能让发动机起动顺利，传统化油器式的 燃料供给系统要求供给特浓的混合气，其φａ值为0.3 ～0.
６，实际以气态参与反应的混合气浓度φａ值在0.８～1.2，
其他燃料来不及参与燃烧，直接随同废气排入大气，这是 汽油机起动碳氢排放高的主要原因。 电控喷射汽油机虽然由于喷射，雾化好于化油器发动 机，但仍然不能完全蒸发。因此，起动过程仍然需要加浓 喷射，过量空气系数 φａ值一般在0.5～0.８。
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第一节 发动机运行工况
发动机低温起动之后，因为可燃混合气在温度较 低的情况下雾化的程度差，燃料附着在进气管上从而 使燃料混合气浓度降低，致使发动机运行不良或者发 动机灭火，因此起动之后一小段间隔里，要加大燃料
供给量，从而提高实际参与燃烧的燃料混合气浓度升
也是线工况， 如图４-１中曲线２所示。这样，发动机
功率与转速之间就呈现一种十分有规律的变化。
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第一节 发动机运行工况
第三类工况:转速变化幅度很大，功率变化也极不稳 定。转矩取决于汽车行驶时的阻力，在相同转速的情况下， 可由零负荷变到全负荷，转速的连续变化使得车速从最低
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第一节 发动机运行工况
一、发动机典型工况
在汽车运行过程中，具有代表性的工况，
称为典型工况，发动机始终工作在一个恒定工 况下的情况是极少的，在实际使用情况中发动 机的运行工况变化是不稳定的，根据发动机的 使用情况，大致可分为以下三类典型工况。
可燃混合气数量较少。
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第一节 发动机运行工况 这样，燃烧室内的残余废气系数上升，残余废气对
新鲜混合气的降低浓度的作用明显，燃料燃烧速度放缓甚
至熄灭。因此，当汽油机怠速时,要求供给较浓的混合气， 其 φ ａ值为0.６～0.８。 ６.变负荷不稳定工况 １)小负荷工况 发动机节气门开度较小，一般小于２５％，燃料燃 烧除可以驱动自身附件维持自身运转外，对外有较低的输
保证汽车具有良好的经济性。
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第一节 发动机运行工况
因此，传统汽油机在该工况供给的混合气φ
ａ=1.05~1.15。现代电控喷射汽油机，为了降低发
动机的排放，保证三元催化剂高效工作，过量空 气系数φ ａ都控制在了１附近，牺牲了经济性。
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第一节 发动机运行工况
３)大负荷及全负荷工况
汽油机节气门接近全开的工况称为大负荷工况，节
气门全开的工况称为全负荷工况，大负荷和全负荷时，内
燃机输出最大功率去平衡行驶的阻力与风阻，这时动力性 要求处于第一位。而经济性要求降低，为了保证汽车具有 良好的动力性，应该供给功率混合气，其φ ａ为0.８５～ 0.９５， 化油器发动机采用加浓装置实现控制，电控喷
第四章
发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
第二节 发动机特性
练习题
结束
第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
教学目标 １. 了解发动机工况。
２. 了解发动机调整特性。
３. 理解发动机动态、调速、排放特性。 ４. 掌握发动机运行特性。
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高，使发动机运行稳定不会因此而灭火。
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第一节 发动机运行工况
起动时发动机的温度决定 了增加燃油量比例的高低，而 且起动后随着时间的推移，增
油量比例慢慢减小直至正常供
油量。如图4-2所示，只有发动 机电控喷射才能实现这一要求， 传统化油器发动机将只能提供 固定的浓混合气保证起动后正
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第一节 ３.发动机加速工况 汽车在使用过程中，在某些时间内需要突然加快汽 车的速度，这就要求汽油机能够迅速加大输出功率，为了 发动机运行工况
满足加速过程动力性的要求，汽油机需要提供最大功率的
混合气。但是在传统化油器式汽油机供给系统中，虽然设 计加速泵。额外增加供油量，但由于汽油的惯性较大，燃 料流量的增长比空气流量的增长要慢得多，这将导致混合 气暂时过稀。
常运转。
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第一节 ２.发动机暖机工况 发动机在冷车的情况下起动后发动机保持转速在某一 发动机运行工况
转，等发动机工作温度正常后转速回到标准转速， 这个
过程就是暖机工况。 发动机起动之后的暖机时间里，发动机的温度稍有升 高，但仍不足，可燃混合气在温度不高的情况下雾化的程 度仍然比较差，有少量的燃料沉积在燃烧室内壁面和进气 管上，导致可燃混合气浓度降低，从而使燃料燃烧不良， 所以在发动机暖机时间里。
么在工况图上会出现一条垂直线(图４-１ 中的 曲线１)，称为线工况。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
第二类工况:功率与转速的关系类似于三次幂函数， Ｐｅ=Ｋｎ３，Ｋ为比例常数，船用机就是这类发动机， 因为它是带动螺旋桨工作，故称螺旋桨工况或推进工况，
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第一节 ４.发动机减速工况 车辆在行驶过程中，有时需要减慢车速或紧急停车。 此时，不希望发动机提供动力，从节能和环保的角度出发， 发动机运行工况